CN112117887A - 用于检测和调整晶体管导通和截止期间的操作区域持续时间的自适应阈值控制系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开用于检测和调整晶体管导通和截止期间的操作区域持续时间的自适应阈值控制系统。一种系统包括耦合到比较器(320)的缓冲器电路(310)以及耦合到计时器(355)和比较器的自适应阈值控制电路(350)。缓冲器电路接收跨晶体管的控制端子和第一电流端子的第一电压以及跨晶体管的第二电流端子和第一电流端子的第二电压。比较器将第一电压与第一阈值进行比较，从而当其跨过第一阈值时生成第一触发信号(325)，并且将第二电压与第二阈值进行比较，从而当其跨过第二阈值时生成第二触发信号(330)。计时器确定触发信号之间的时间长度。自适应阈值控制电路针对第一触发信号生成第一控制信号(360)并且针对第二触发信号生成第二控制信号，并且向比较器提供指示时间长度是大于还是小于用户编程值的控制信号(365)，从而致使比较器调整第一阈值。

Description

用于检测和调整晶体管导通和截止期间的操作区域持续时间 的自适应阈值控制系统

背景技术

H桥驱动器包括两个高侧晶体管和两个低侧晶体管，并且被配置为使得每个高侧晶体管与相应的低侧晶体管串联，并且负载耦合到在高侧和低侧晶体管对之间的节点。每对高侧和低侧晶体管被称为半桥。栅极驱动器电路将控制信号转换为功率信号，该功率信号可以有效地导通和截止H桥驱动器中的每个晶体管。为了防止在从高到低或从低到高的转变期间半桥内的直通条件，在一个晶体管的截止和另一晶体管的导通之间插入死区时间。死区时间的长度通常等于导通或截止半桥驱动器中的晶体管所需的时间。然而，死区时间限制了H桥驱动器的操作频率，并允许通过H桥驱动器中的晶体管的功率耗散。

一些栅极驱动器电路通过更快地导通和截止晶体管来减少死区时间期间的功率耗散。这可以增加H桥驱动器的效率，但是以在集成电路(IC)中生成电磁干扰(EMI)为代价，从而破坏了IC中其他电路的操作。一些栅极驱动器电路通过实施比较器来检测导通和截止期间每个晶体管的不同操作区域，并仅加速不太可能引起EMI的区域，从而平衡了快速导通和截止时间的需求与受控EMI。然而，这些比较器必须针对每个晶体管、系统电压、马达类型、电路板寄生电容等进行调谐，并且随着系统参数的变化(例如随着温度或电源电压的变化)，经常会随着时间而经历性能下降。

发明内容

一种自适应阈值控制系统包括缓冲器电路、比较器电路、计时器电路和自适应阈值控制电路。缓冲器电路被配置为耦合到晶体管，使得缓冲器电路接收跨晶体管的控制端子和第一电流端子的第一电压以及跨晶体管的第二电流端子和第一电流端子的第二电压。比较器电路耦合到缓冲器电路，并且被配置为将第一电压与第一阈值进行比较，并且响应于第一电压跨过第一阈值而生成第一触发信号。比较器电路还被配置为将第二电压与第二阈值进行比较，并且响应于第二电压跨过第二阈值而生成第二触发信号。计时器电路被配置为确定第一触发信号和第二触发信号之间的时间长度。自适应阈值控制电路耦合到比较器电路和计时器电路。自适应阈值控制电路被配置为响应于第一触发信号而生成第一控制信号，并且响应于第二触发信号而生成第二控制信号。自适应阈值控制电路还被配置为向比较器电路提供第三控制信号。第三控制信号指示时间长度是大于还是小于用户编程值，并且致使比较器电路调整第一阈值。在一些实施方式中，第一控制信号和第二控制信号致使用于晶体管的栅极驱动器电路调整驱动电流。

对于晶体管导通，比较器电路被配置为响应于第三控制信号指示时间长度大于用户编程值而增加第一阈值，并且响应于第三控制信号指示时间长度小于用户编程值而减小第一阈值。对于晶体管导通，比较器电路被配置为响应于第一电压增加到第一阈值以上而生成第一触发信号。在一些实施方式中，晶体管是半桥电路中的低侧晶体管，并且比较器电路被配置为响应于第二电压减小到第二阈值以下而生成第二触发信号。在其他实施方式中，晶体管是半桥电路中的高侧晶体管，并且比较器电路被配置为响应于第二电压增加到第二阈值以上而生成第二触发信号。

对于晶体管截止，比较器电路被配置为响应于第三控制信号指示时间长度大于用户编程值而减小第一阈值，并且响应于第三控制信号指示时间长度小于用户编程值而增加第一阈值。对于晶体管截止，比较器电路被配置为响应于第一电压减小到第一阈值以下而生成第一触发信号。在一些实施方式中，晶体管是半桥电路中的低侧晶体管，并且比较器电路被配置为响应于第二电压增加到第二阈值以上而生成第二触发信号。在其他实施方式中，晶体管是半桥电路中的高侧晶体管，并且比较器电路被配置为响应于第二电压减小到第二阈值以下而生成第二触发信号。

附图说明

对于各种示例的详细描述，现在将参考附图，其中：

图1示出了示例H桥马达驱动器。

图2示出了示例H桥马达驱动器中的高侧晶体管和低侧晶体管的栅极至源极电压随时间的变化。

图3示出了示例自适应阈值控制系统。

图4示出了晶体管导通期间的示例H桥马达驱动器中的低侧晶体管的漏极至源极电压、通过低侧晶体管的漏极电流、低侧晶体管的栅极至源极电压以及施加到低侧晶体管的栅极的驱动电流。

图5示出了晶体管导通期间的示例H桥马达驱动器中的高侧晶体管的漏极至源极电压、通过高侧晶体管的漏极电流、高侧晶体管的栅极至源极电压以及施加到高侧晶体管的栅极的驱动电流。

图6示出了晶体管截止期间的示例H桥马达驱动器中的低侧晶体管的漏极至源极电压、通过低侧晶体管的漏极电流、低侧晶体管的栅极至源极电压以及施加到低侧晶体管的栅极的驱动电流。

图7示出了晶体管截止期间的示例H桥马达驱动器中的高侧晶体管的漏极至源极电压、通过高侧晶体管的漏极电流、高侧晶体管的栅极至源极电压以及施加到高侧晶体管的栅极的驱动电流。

具体实施方式

如上所述，随着系统参数的改变，例如随着温度或电源电压的改变，实施比较器以检测晶体管导通和截止期间不同操作区域的栅极驱动器电路随着时间的变化而经历性能下降。所公开的电路基于可调整阈值在导通和截止期间检测晶体管的不同操作区域，该可调整阈值可以响应于系统参数(例如温度或电源电压)的变化而改变。调整可调整阈值以便维持用户编程的时间长度，以便施加用户编程的驱动电流。这使用户能够基于实施方式的特定EMI要求定制H桥驱动器的操作，而不会影响效率。

所公开的示例可调整阈值控制系统包括耦合到H桥驱动器中的晶体管的缓冲器电路，使得缓冲器电路接收晶体管的栅极至源极电压(Vgs)和漏极至源极电压(Vds)。耦合到缓冲器电路的比较器电路被配置为将Vgs与第一阈值进行比较，并且响应于Vgs跨过第一阈值而生成第一触发信号。比较器电路还被配置为将Vds与第二阈值进行比较，并且响应于Vds跨过第二阈值而生成第二触发信号。耦合到比较器电路的自适应阈值控制电路响应于第一触发信号而生成用于栅极驱动器电路的第一控制信号，并且响应于第二触发信号而生成用于栅极驱动器电路的第二控制信号。栅极驱动器电路基于第一控制信号和第二控制信号来调整驱动电流。

自适应阈值控制电路还耦合到计时器电路，该计时器电路确定第一触发信号和第二触发信号之间的时间长度。自适应阈值控制信号将时间长度与用户编程值进行比较，并且响应于时间长度大于用户编程值而向比较器电路提供第三控制信号，并且响应于时间长度小于用户编程值而向比较器电路提供第四控制信号。比较器电路基于第三控制信号和第四控制信号来调整第一阈值。

对于晶体管导通，比较器电路响应于时间长度大于用户编程值而增加第一阈值，并且响应于时间长度小于用户编程值而减小第一阈值。比较器电路响应于Vgs增加到第一阈值以上而生成第一触发信号。如果晶体管是H桥驱动器中的低侧晶体管，则比较器电路响应于Vds减小到第二阈值以下而生成第二触发信号。如果晶体管是H桥驱动器中的高侧晶体管，则比较器电路响应于Vds增加到第二阈值以上而生成第二触发信号。

对于晶体管截止，比较器电路响应于时间长度大于用户编程值而减小第一阈值，并且响应于时间长度小于用户编程值而增加第一阈值。比较器电路响应于Vgs减小到第一阈值以下而生成第一触发信号。如果晶体管是H桥驱动器中的低侧晶体管，则比较器电路响应于Vds增加到第二阈值以上而生成第二触发信号。如果晶体管是H桥驱动器中的高侧晶体管，则比较器电路响应于Vds减小到第二阈值以下而生成第二触发信号。

图1示出了示例H桥马达驱动器100。尽管图1示出了被实施为马达驱动器的H桥，但是本文中描述的H桥和栅极驱动器电路可以用于包括其他种类的功率电子设备等的各种应用中。示例H桥马达驱动器100包括高侧功率场效应晶体管(FET)M_HS1和M_HS2以及低侧功率FET M_LS1和M_LS2。M_HS1的源极端子在节点115处耦合到M_LS1的漏极端子，从而形成半桥配置。M_HS2的源极端子在节点135处耦合到M_LS2的漏极端子，从而形成另一半桥配置。M_HS1和M_HS2的漏极端子经耦合以在节点105处接收电源电压Vmotor。M_LS1和M_LS2的源极端子经耦合以在节点160处接收共模电压。在一些示例中，节点160处的共模电压为接地。节点115和节点135形成H桥马达驱动器100的输出节点，并且负载150耦合到节点115和135。

M_HS1、M_LS1、M_HS2和M_LS2中的每一个的栅极端子耦合到相应的栅极驱动器电路。M_HS1的栅极端子经耦合以从栅极驱动器电路110接收栅极驱动电流。M_LS1的栅极端子经耦合以从栅极驱动器电路120接收栅极驱动电流。M_HS2的栅极端子经耦合以从栅极驱动器电路130接收栅极驱动电流。M_LS2的栅极端子经耦合以从栅极驱动器电路140接收栅极驱动电流。

H桥马达驱动器100包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。在此示例中，M_HS1、M_LS1、M_HS2和M_LS2是n型MOSFET(NMOS)。在其他示例中，M_HS1、M_LS1、M_HS2和M_LS2中的一个或多个是p型MOSFET(PMOS)或双极结型晶体管。双极结型晶体管包括基极、集电极和发射极。双极结型晶体管的基极和MOSFET的栅极端子也称为控制输入或控制端子。双极结型晶体管的集电极和发射极以及MOSFET的漏极和源极端子也称为电流端子。

图2示出了示例H桥马达驱动器100中的M_HS1的栅极至源极电压Vgs_HS 210和M_LS1的栅极至源极电压Vgs_LS 220随时间的变化。为了防止直通电流，控制M_HS1和M_LS1的开关方案包括死区时间250，在该死区时间中高侧晶体管M_HS1和低侧晶体管M_LS1都不导通。这确保在M_LS1导通之前将M_HS1完全截止。如前所述，死区时间250减慢了H桥马达驱动器100可获得的开关频率，并增加了通过H桥马达驱动器100耗散的功率。为了解决该问题，一些马达驱动器增加了压摆率，即晶体管导通和截止的速度，从而减少了传播延迟。压摆率的增加也可能增加EMI，并生成干扰IC内其他电路操作的噪声。由于EMI影响其他电路的操作，因此相比开关频率，某些栅极驱动器电路优先考虑IC的压摆率和EMI要求。

图3示出了示例自适应阈值控制系统300，其用于识别例如在图1的H桥马达驱动器100中的晶体管导通和截止中的操作区域之间的转变。自适应阈值控制系统300被示出为与M_HS1和M_LS1以及栅极驱动器电路110和120结合，但是也可以或另外与M_HS2和M_LS2以及栅极驱动器电路130和140结合使用。自适应阈值控制系统300包括缓冲器310、比较器320和自适应阈值控制子电路350。缓冲器310耦合到H桥马达驱动器100中的各个点，使得可以确定M_HS1和M_LS1两者的栅极至源极电压(Vgs)和漏极至源极电压(Vds)。缓冲器310在节点105处耦合到M_HS1的漏极，耦合到M_HS1的栅极，在节点115处耦合到M_HS1的源极和M_LS1的漏极，耦合到M_LS1的栅极，并且在节点160处耦合到M_LS1的源极。缓冲器用于确保自适应阈值控制系统300不会为H桥马达驱动器100贡献负载。

比较器320耦合到缓冲器310，并接收M_HS1和M_LS1的Vgs和Vds。比较器320将Vgs与自适应阈值电压Vth进行比较，并且将Vds与交叉阈值Vcrossing进行比较。可基于来自自适应阈值控制子电路350的控制信号来调整Vth的值。交叉阈值Vcrossing的值表示Vds中的电压变化，其指示晶体管在导通和截止期间已从一个操作区域转变到另一操作区域。自适应阈值控制子电路350耦合到比较器320，并接收Vgs和Vth之间以及Vds和Vcrossing之间的比较结果。自适应阈值控制子电路350包括计时器355，该计时器355确定Vgs跨过Vth与Vds跨过Vcross之间的时间长度。

自适应阈值控制子电路350将确定的时间长度与用户编程的值进行比较，该值指示要施加特定栅极电流的时间长度。如果确定的时间长度大于或小于编程值，则自适应阈值控制子电路350生成控制信号并将其发送到比较器320，该控制信号指示对自适应阈值电压Vth的调整。这允许自适应阈值控制系统300调整以适应系统参数随时间(例如随着FET温度的增加)的变化。自适应阈值控制子电路350还生成用于栅极驱动器110和120的控制信号，该控制信号指示要施加到M_HS1和M_LS1的栅极的驱动电流。如先前参考图2所讨论的，M_HS1和M_LS1不在同一时间导通，因此自适应阈值控制系统300一次仅接收用于M_HS1和M_LS1之一的值。这允许自适应阈值控制系统300为M_HS1和M_LS1中的每一个以及为导通和截止实施唯一的比较和控制信号，这将参考图4至图7进一步讨论。

+图4示出了晶体管导通期间的图1中的示例H桥马达驱动器100中的低侧晶体管M_LS1的漏极至源极电压(Vds)、通过M_LS1的漏极电流(Idrain)、M_LS1的栅极至源极电压(Vgs)以及施加到M_LS1的栅极的驱动电流(Idrive)。区域405是晶体管导通区域，其中M_LS1的栅极至源极电容Cgs被充电至阈值电压Vth。当Vgs 450大于Vth时，晶体管传导电流并且Idrain 440开始增加。区域405的长度取决于驱动电流Idrive和阈值电压Vth，它们可以基于系统参数(诸如温度、电池供电电压等)而变化。

区域410是dIdt区域，其中Idrain 440增加，并且Vgs 450增加到米勒电压(Vmiller)。dIdt区域410中的时间长度取决于驱动电流Idrive和H桥马达驱动器100上的负载150。区域410中Idrain 440的变化可以导致EMI或IC上其他电路(包括H桥驱动器)中的振铃，因此选择Idrive的值、Vgs 450的增加速率和Idrain 440的增加速率，以将区域410中生成的任何EMI或振铃保持在特定实施方式的可接受限制内。区域415被称为米勒区域，其中Vgs 450保持恒定，并且Vds 430随着Cgd的充电而减小。一旦Cgd充电，则通过在区域420(称为RDSON增强区域)中将Vgs 450增加到晶体管的导通电压来完全增强M_LS1的传导沟道。一旦Vgs 450达到晶体管的导通电压并进入区域425，则M_LS1就处于导通状态。

因为栅极驱动器必须平衡系统效率以及IC的EMI和振铃限制，所以基于M_LS1所在的操作区域来改变驱动电流Idrive是有帮助的。例如，在区域410期间减小Idrive降低了EMI，并且在区域415和420期间增加Idrive加快了晶体管导通并提高了效率。这要求确定M_LS1处于哪个操作区域，以及IC中存在哪些EMI和振铃限制。自适应阈值控制系统300允许用户基于IC的EMI和振铃要求，对区域410的驱动电流Idrive 460的值进行编程，并对Idrive460的用户编程值的要施加的时间长度进行编程。

基于晶体管公布的阈值电压、Idrive 460的用户编程值以及其要施加的时间长度，自适应阈值控制系统300估计自适应阈值电压Vth的初始值。比较器320然后将来自缓冲器310的Vgs 450的值与自适应阈值电压Vth的初始值进行比较，并且响应于Vgs 450增加到Vth的值以上，将第一触发信号325提供给自适应阈值控制子电路350。响应于接收到触发信号325，自适应阈值控制子电路350生成控制信号360，并将其提供给栅极驱动器120，该控制信号360指示在区域410期间栅极驱动器120为M_LS1产生的驱动电流应改变为Idrive 460的用户编程值。

比较器320还将来自缓冲器310的Vds 430的值与Vcrossing进行比较，对于M_LS1导通，Vcrossing表示区域410和415之间的转变点，在区域415期间Vds 430减小。响应于Vds430减小到Vcrossing以下，比较器320将第二触发信号330提供给自适应阈值控制子电路350。响应于接收到触发信号330，自适应阈值控制子电路350生成控制信号360并将其提供给栅极驱动器120，该控制信号360指示在区域415和420期间栅极驱动器120为M_LS1产生的驱动电流应改变为Idrive 460的新值。

自适应阈值控制子电路350还致使计时器355确定接收到第一触发信号325与接收到第二触发信号330之间的时间。响应于确定的第一触发325与第二触发330之间的时间大于用户编程的时间长度，自适应阈值控制子电路350生成用于比较器320的控制信号365，以增加自适应阈值电压Vth。这允许在导通区域405期间的较高驱动电流Idrive 460被维持较长的时间段，然后转变到用于dIdt区域410的较低Idrive 460。响应于确定的第一触发325和第二触发330之间的时间小于用户编程的时间长度，自适应阈值控制子电路350生成用于比较器320的控制信号365，以减小自适应阈值电压Vth。这减小了在区域405期间针对较高Idrive 460的时间段，并且加快了转变到针对dIdt区域410的较低Idrive 460。以这种方式，自适应阈值控制系统300适应于系统参数(诸如温度和电源电压)的变化，而无需手动调整。

图5示出了晶体管导通期间的图1中的示例H桥马达驱动器100中的高侧晶体管M_HS1的漏极至源极电压(Vds)、M_HS1的漏极电流(Idrain)、M_HS1的栅极至源极电压(Vgs)以及施加到M_HS1的栅极的驱动电流(Idrive)。M_HS1的导通和区域505-525与M_LS1的导通和区域405-425相似，然而在晶体管导通期间用于M_HS1的Vds 530增加，而在晶体管导通期间用于M_LS1的Vds 430减小。因为栅极驱动器必须平衡系统效率以及IC的EMI和振铃限制，所以基于M_HS1所在的操作区域来改变驱动电流Idrive很有帮助。就像针对M_LS1导通一样，自适应阈值控制系统300允许用户基于IC的EMI和振铃要求，对区域510的驱动电流Idrive560的值进行编程，并对Idrive 560的用户编程值的要施加的时间长度进行编程。

基于晶体管公布的阈值电压、Idrive 560的用户编程值以及其要施加的时间长度，自适应阈值控制系统300估计自适应阈值电压Vth的初始值。用于M_HS1导通的Vcrossing表示区域510和515之间的转变点，在区域515期间Vds 530增加。自适应阈值控制系统300然后如本文参考图4所述地进行操作，将Vgs 550和Vds 530的值与自适应阈值电压Vth的初始值和Vcrossing进行比较，并生成用于栅极驱动器110的控制信号360，该控制信号360指示基于晶体管导通期间的操作区域对Idrive 560的改变。

自适应阈值控制子电路350还致使计时器355确定接收到第一触发信号325与接收到第二触发信号330之间的时间。响应于确定的第一触发325与第二触发330之间的时间大于用户编程的时间长度，自适应阈值控制子电路350生成用于比较器320的控制信号365，以增加自适应阈值电压Vth。这允许在导通区域505期间的较高驱动电流Idrive 560被维持较长的时间段，然后转变到用于dIdt区域510的较低Idrive 560。响应于确定的第一触发325和第二触发330之间的时间小于用户编程的时间长度，自适应阈值控制子电路350生成用于比较器320的控制信号365，以减小自适应阈值电压Vth。这减小了在区域505期间针对较高Idrive 560的时间段，并且加快了转变到针对dIdt区域510的较低Idrive 560。以这种方式，自适应阈值控制系统300适应于系统参数(诸如温度和电源电压)的变化，而无需手动调整。

图6示出了晶体管截止期间的图1中示出的示例H桥马达驱动器100中的低侧晶体管M_LS1的漏极至源极电压(Vds)、通过M_LS1的漏极电流(Idrain)、M_LS1的栅极至源极电压(Vgs)以及施加到M_LS1的栅极的驱动电流(Idrive)。区域605是栅极放电区域，在此期间Vgs 450随着M_LS1的栅极电容放电到米勒平稳水平而减小。栅极放电区域被划分为快速放电区域610和慢速放电区域615。一旦栅极电压达到米勒平稳水平，则Vds 430随着Cgd进一步放电而增加。如在区域415中一样，区域620和增加的Vds 430可以在IC上的其他电路中引起EMI和噪声。在区域625(即dIdt区域)中，Idrain 440减小。在区域630中，Cgs和Cgd都被放电到零伏，从而将Vgs 450减小到零伏并截止晶体管。在区域635中，M_LS1处于截止状态。

因为栅极驱动器必须平衡系统效率以及IC的EMI和振铃限制，所以基于M_LS1所在的操作区域来改变驱动电流Idrive是有帮助的。例如，在区域605期间增加Idrive加快了晶体管截止并提高了效率，在区域620期间减小Idrive降低了EMI。这要求确定M_LS1处于哪个操作区域，以及IC中存在哪些EMI和振铃限制。系统中检测到向米勒区域620的转变与响应于转变而调整Idrive 460的延迟可能导致系统过冲转变，并且在能够为区域620减小Idrive 460之前在区域620中导致EMI。自适应阈值控制系统300允许用户将栅极放电区域605划分为快速放电区域610和慢速区域615，从而减慢接近区域620，并为系统提供时间来检测转变点并调整Idrive 460。

自适应阈值控制系统300允许用户基于IC的EMI和振铃要求，对区域615的驱动电流Idrive 460的值进行编程，并对Idrive 460的用户编程值的要施加的时间长度进行编程。基于Idrive 460的用户编程值以及其要施加的时间长度，自适应阈值控制系统300估计自适应转变阈值电压Vtransition的初始值。比较器320然后将来自缓冲器310的Vgs 450的值与自适应转变阈值电压Vtransition的初始值进行比较，并且响应于Vgs 450减小到Vtransition的值以下，将第一触发信号325提供给自适应阈值控制子电路350。响应于接收到触发信号325，自适应阈值控制子电路350生成控制信号360，并将其提供给栅极驱动器120，该控制信号360指示在区域615期间栅极驱动器120为M_LS1产生的驱动电流应改变为Idrive 460的用户编程值。

比较器320还将来自缓冲器310的Vds 430的值与Vcrossing进行比较，对于M_LS1截止，Vcrossing表示区域615和620之间的转变点，在区域620期间Vds 430增加。响应于Vds430增加到Vcrossing以上，比较器320将第二触发信号330提供给自适应阈值控制子电路350。响应于接收到触发信号330，自适应阈值控制子电路350生成控制信号360并将其提供给栅极驱动器120，该控制信号360指示在区域620-630期间栅极驱动器120为M_LS1产生的驱动电流应改变为Idrive 460的新值。

自适应阈值控制子电路350还致使计时器355确定接收到第一触发信号325与接收到第二触发信号330之间的时间。响应于确定的第一触发325与第二触发330之间的时间大于用户编程的时间长度，自适应阈值控制子电路350生成用于比较器320的控制信号365，以减小自适应转变阈值电压Vtransition。这允许用于快速放电区域610的较高Idrive 460被维持较长的时间段，然后转变到用于慢速放电区域615的较低Idrive 460。响应于确定的第一触发325和第二触发330之间的时间小于用户编程的时间长度，自适应阈值控制子电路350生成用于比较器320的控制信号365，以增加自适应转变阈值电压Vtransition。这减小了在快速放电区域610期间针对较高Idrive 460的时间段，并且加快了转变到用于慢速放电区域615的较低Idrive 460。以这种方式，自适应阈值控制系统300适应于系统参数(诸如温度和电源电压)的变化，而无需手动调整。

图7示出了晶体管截止期间的图1中示出的示例H桥马达驱动器100中的高侧晶体管M_HS1的漏极至源极电压(Vds)、通过M_HS1漏极电流(Idrain)、M_HS1的栅极至源极电压(Vgs)以及施加到M_HS1的栅极的驱动电流(Idrive)。M_HS1的截止和区域705-730与M_LS1的截止和区域605-630相似，然而在晶体管截止期间用于M_HS1的Vds 530减小，而在晶体管截止期间用于M_HS1的Vds 430减小。因为栅极驱动器必须平衡系统效率以及IC的EMI和振铃限制，所以基于M_HS1所在的操作区域来改变驱动电流Idrive很有帮助。系统在检测转变到米勒区域720与响应于转变而调整Idrive 560的延迟可能导致系统过冲转变，并且在能够减小用于区域720的Idrive 560之前在区域720中导致EMI。自适应阈值控制系统300允许用户将栅极放电区域705划分为快速放电区域710和慢速区域715，从而减慢接近到区域720，并为系统提供时间来检测转变点并调整Idrive 560。

自适应阈值控制系统300允许用户基于IC的EMI和振铃要求，对区域715的驱动电流Idrive 560的值进行编程，并对Idrive 560的用户编程值的要施加的时间长度进行编程。基于Idrive 560的用户编程值以及其要施加的时间长度，自适应阈值控制系统300估计自适应转变阈值电压Vtransition的初始值。比较器320然后将来自缓冲器310的Vgs 550的值与自适应转变阈值电压Vtransition的初始值进行比较，并且响应于Vgs 550减小到Vtransition的值以下，将第一触发信号325提供给自适应阈值控制子电路350。响应于接收到触发信号325，自适应阈值控制子电路350生成控制信号360，并将其提供给栅极驱动器110，该控制信号360指示在区域715期间栅极驱动器110为M_HS1产生的驱动电流应改变为Idrive 560的用户编程值。

比较器320还将来自缓冲器310的Vds 430的值与Vcrossing进行比较，对于M_HS1截止，Vcrossing表示区域715和720之间的转变点，在区域720期间Vds 530增加。响应于Vds530减小到Vcrossing以下，比较器320将第二触发信号330提供给自适应阈值控制子电路350。响应于接收到触发信号330，自适应阈值控制子电路350生成控制信号360并将其提供给栅极驱动器110，该控制信号360指示在区域720-630期间栅极驱动器110为M_HS1产生的驱动电流应改变为Idrive 560的新值。

自适应阈值控制子电路350还致使计时器355确定接收到第一触发信号325与接收到第二触发信号330之间的时间。响应于确定的第一触发325与第二触发330之间的时间大于用户编程的时间长度，自适应阈值控制子电路350生成用于比较器320的控制信号365，以减小自适应转变阈值电压Vtransition。这允许用于快速放电区域710的较高Idrive 560被维持较长的时间段，然后转变到用于慢速放电区域715的较低Idrive 560。响应于确定的第一触发325和第二触发330之间的时间小于用户编程的时间长度，自适应阈值控制子电路350生成用于比较器320的控制信号365，以增加自适应转变阈值电压Vtransition。这减小了在快速放电区域710期间针对较高Idrive 560的时间段，并且加快了转变到用于慢速放电区域615的较低Idrive 560。以这种方式，自适应阈值控制系统300适应于系统参数(诸如温度和电源电压)的变化，而无需手动调整。

在本说明书中，术语“耦合”是指间接或直接的有线或无线连接。因此，如果第一设备耦合到第二设备，则该连接可以是通过直接连接或通过经由其他设备和连接的间接连接。引述“基于”是指“至少部分基于”。因此，如果X基于Y，则X可以是Y和任何数量的其他因素的函数。

在权利要求的范围内，在所描述的实施例中可以进行修改，并且其他实施例也是可以的。

Claims (21)

1.一种自适应阈值控制系统，包括：

缓冲器电路，其被配置为耦合到晶体管，使得所述缓冲器电路接收跨所述晶体管的控制端子和第一电流端子的第一电压以及跨所述晶体管的第二电流端子和所述第一电流端子的第二电压；

比较器电路，其耦合到所述缓冲器电路并且被配置为：

将所述第一电压与第一阈值进行比较，

响应于所述第一电压跨过所述第一阈值而生成第一触发信号，

将所述第二电压与第二阈值进行比较，以及

响应于所述第二电压跨过所述第二阈值而生成第二触发信号；

计时器电路，其被配置为确定所述第一触发信号和所述第二触发信号之间的时间长度；以及

自适应阈值控制电路，其耦合到所述比较器电路和所述计时器电路，其中所述自适应阈值控制电路被配置为：

响应于所述第一触发信号而生成第一控制信号，并且响应于所述第二触发信号而生成第二控制信号，

向所述比较器电路提供指示所述时间长度是大于还是小于用户编程值的第三控制信号，其中所述第三控制信号致使所述比较器电路调整所述第一阈值。

2.根据权利要求1所述的自适应阈值控制系统，其中所述第一控制信号和所述第二控制信号致使用于所述晶体管的驱动器电路调整驱动电流。

3.根据权利要求1所述的自适应阈值控制系统，其中对于晶体管导通，所述比较器电路还被配置为：

响应于所述第三控制信号指示所述时间长度大于所述用户编程值，增加所述第一阈值，以及

响应于所述第三控制信号指示所述时间长度小于所述用户编程值，减小所述第一阈值。

4.根据权利要求1所述的自适应阈值控制系统，其中对于晶体管导通，所述比较器电路被配置为响应于所述第一电压增加到所述第一阈值以上而生成所述第一触发信号。

5.根据权利要求4所述的自适应阈值控制系统，其中所述晶体管是半桥电路中的低侧晶体管，并且其中所述比较器电路被配置为响应于所述第二电压减小到所述第二阈值以下而生成所述第二触发信号。

6.根据权利要求4所述的自适应阈值控制系统，其中所述晶体管是半桥电路中的高侧晶体管，并且其中所述比较器电路被配置为响应于所述第二电压增加到所述第二阈值以上而生成所述第二触发信号。

7.根据权利要求1所述的自适应阈值控制系统，其中对于晶体管截止，所述比较器电路还被配置为：

响应于所述第三控制信号指示所述时间长度大于所述用户编程值，减小所述第一阈值；以及

响应于所述第三控制信号指示所述时间长度小于所述用户编程值，增加所述第一阈值。

8.根据权利要求1所述的自适应阈值控制系统，其中对于晶体管截止，所述比较器电路被配置为响应于所述第一电压减小到所述第一阈值以下而生成所述第一触发信号。

9.根据权利要求8所述的自适应阈值控制系统，其中所述晶体管是半桥电路中的低侧晶体管，并且其中所述比较器电路被配置为响应于所述第二电压增加到所述第二阈值以上而生成所述第二触发信号。

10.根据权利要求8所述的自适应阈值控制系统，其中所述晶体管是半桥电路中的高侧晶体管，并且其中所述比较器电路被配置为响应于所述第二电压减小到所述第二阈值以下而生成所述第二触发信号。

11.一种方法，包括：

确定跨晶体管的控制端子和第一电流端子的第一电压以及跨所述晶体管的第二电流端子和所述第一电流端子的第二电压；

确定所述第一电压跨过第一阈值；

响应于确定所述第一电压跨过所述第一阈值而生成第一控制信号；

确定所述第二电压跨过第二阈值；

响应于确定所述第二电压跨过所述第二阈值而生成第二控制信号；

确定在确定所述第一电压跨过所述第一阈值与确定所述第二电压跨过所述第二阈值之间的时间长度；

将所述时间长度与用户编程值进行比较；以及

基于所述比较来调整所述第一阈值。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述第一控制信号和所述第二控制信号致使用于所述晶体管的驱动器电路调整由所述驱动器电路生成的驱动电流。

13.根据权利要求11所述的方法，其中对于晶体管导通，基于所述比较来调整所述第一阈值包括：

响应于所述时间长度大于所述用户编程值，增加所述第一阈值；以及

响应于所述时间长度小于所述用户编程值，减小所述第一阈值。

14.根据权利要求11所述的方法，其中对于晶体管导通，确定所述第一电压跨过所述第一阈值包括：确定所述第一电压增加到所述第一阈值以上。

15.根据权利要求11所述的方法，其中对于晶体管截止，基于所述比较来调整所述第一阈值包括：

响应于所述时间长度大于所述用户编程值，减小所述第一阈值；以及

响应于所述时间长度小于所述用户编程值，增加所述第一阈值。

16.根据权利要求11所述的方法，其中对于晶体管截止，确定所述第一电压跨过所述第一阈值包括：确定所述第一电压减小到所述第一阈值以下。

17.一种设备，包括：

半桥电路，其包括晶体管，其中所述晶体管包括控制端子、第一电流端子和第二电流端子；

驱动器电路，其耦合到所述晶体管的所述控制端子并且被配置为生成驱动电流；

缓冲器电路，其耦合到所述晶体管，使得所述缓冲器电路接收跨所述晶体管的所述控制端子和所述第一电流端子的第一电压以及跨所述晶体管的所述第二电流端子和所述第一电流端子的第二电压；

比较器电路，其耦合到所述缓冲器电路并且被配置为生成第一触发信号和第二触发信号；

计时器电路，其被配置为确定所述第一触发信号和所述第二触发信号之间的时间长度；以及

自适应阈值控制电路，其耦合到所述比较器电路和所述计时器电路，其中所述自适应阈值控制电路被配置为：

响应于所述第一触发信号而向所述驱动器电路提供第一控制信号，以及响应于所述第二触发信号而向所述驱动器电路提供第二控制信号，以及

向所述比较器电路提供指示所述时间长度是大于还是小于用户编程值的第三控制信号。

18.根据权利要求17所述的设备，其中所述驱动器电路被配置为响应于所述第一控制信号和所述第二控制信号而调整所述驱动电流。

19.根据权利要求17所述的设备，其中所述比较器电路还被配置为：

将所述第一电压与第一阈值进行比较，

响应于所述第一电压跨过所述第一阈值而生成所述第一触发信号，

将所述第二电压与第二阈值进行比较，以及

响应于所述第二电压跨过所述第二阈值而生成所述第二触发信号。

20.根据权利要求19所述的设备，其中对于晶体管导通，所述比较器电路被配置为响应于所述第一电压增加到所述第一阈值以上而生成所述第一触发信号，并且其中所述比较器电路还被配置为：

响应于所述第三控制信号指示所述时间长度大于所述用户编程值，增加所述第一阈值；以及

响应于所述第三控制信号指示所述时间长度小于所述用户编程值，减小所述第一阈值。

21.根据权利要求19所述的设备，其中对于晶体管截止，所述比较器电路被配置为响应于所述第一电压减小到所述第一阈值以下而生成所述第一控制信号，并且其中所述比较器电路还被配置为：

响应于所述第三控制信号指示所述时间长度大于所述用户编程值，减小所述第一阈值；以及

响应于所述第三控制信号指示所述时间长度小于所述用户编程值，增加所述第一阈值。

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